結合方程式汽車大賽的OBE教學方式探索

南京理工大學機械工程學院 孫曉旺 王 霞 王顯會*

成果導向教育（Outcome Based Education，OBE）是一種先進的教育理念，不同于傳統的以教學內容為中心的教學方式，OBE以學生的學習成果作為教育成功與否的導向，認為教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程最后所取得的學習成果。OBE理念關注五個重點問題：（1）我們想讓學生取得的學習成果是什么；（2）我們為什么要讓學生取得這樣的學習成果；（3）我們如何有效幫助學生取得這些學習成果；（4）我們如何知道學生已經取得了這些學習成果；（5）我們如何保障學生能夠取得這些學習成果。

為滿足行業發展的需求，結合中國大學生方程式汽車大賽，以成果導向教育理念為指導，在學習成果、教學內容、教學方法、持續改進和實踐創新等方面，對車輛專業的教學方式進行了探索，取得了較好的人才培養結果。

一、傳統教學中存在的問題

目前，汽車行業“新四化”產業變革形勢下，汽車專業教學方式存在的主要問題包括：（1）教師在教學過程中以課堂教學為主，更重視理論教學，輕視對學生開展實踐教學的重要性，導致學生的工程實踐能力不足；（2）課程體系和教學內容較為陳舊，而且更新緩慢，忽略了較新的教學理論和技術，無法滿足行業快速發展對汽車人才知識體系的要求；（3）汽車整體是一個復雜的系統，學生動手實踐往往限于對車輛某一特定性能的實驗，項目化訓練不足，無法適應實際的工程應用；（4）重研究，輕應用，相對工程型和應用型人才，目前國內高校更重視研究型人才的培養；（5）綜合素質相關內容很少在教學中體現，如合作能力、交流能力、組織協調能力等。

二、中國大學生方程式汽車大賽介紹

中國大學生方程式汽車大賽（Formula Student China，FSC）始于2010年，是一項由中國汽車工程學會（SAE-CHINA）主辦、高等院校汽車相關專業在校學生組隊參加的汽車設計與制造比賽，被譽為“中國汽車工程師的搖籃”。

FSC要求參賽學生按照賽事規則和賽車制造標準，在一年的時間內自行設計和制造出一輛賽車，并駕駛賽車參加全部或部分賽事環節的比賽。這一年里學生需要獨立完成賽車的完整正向開發流程：總體設計、三維建模、仿真分析、二維圖紙、加工裝配、出車調試到參加比賽。FSC能夠全面提升學生的實踐能力，如設計能力、仿真分析能力、制造能力、組織協調能力、領導合作能力等，同時能夠很好地培養學生的創新精神、創新意識、團隊精神、吃苦耐勞精神、高度的責任感和較強的主觀能動性。

三、結合FSC的OBE教學實踐

（一）學習成果

OBE理念關注的第一個重點問題是“我們想讓學生取得的學習成果是什么”。這個問題要求確定學生學習應該取得什么樣的成果，后續教師教學和學生學習過程中就以該成果為最終目標，所有的教學活動都圍繞這一成果進行。因此，結合國家新工科教學政策，分析汽車行業發展對人才的要求，確定了汽車專業本科學生的學習成果需要具備機械設計與制造、電工電子技術、計算機技術、信息處理技術、控制工程、流體與熱工學等基礎理論以及車輛構造、車輛設計、汽車理論及車輛電控制等方面的專業知識，接受現代機械工程師的基本訓練，具有從事車輛設計、制造、試驗、檢測、運行管理等方面的能力。

OBE理念關注的第二個重點問題是“我們為什么要讓學生取得這樣的學習成果”，這一問題對應學生的培養目標。對于汽車專業的學生，希望通過大學期間的學習使他們具備扎實的機械和車輛工程專業基礎理論、基礎知識和寬廣的專業視野，具備在汽車行業及相關領域的創新意識與方法，以及從事車輛設計、制造、試驗、檢測、運行管理等方面的能力，具備運用工程技術解決汽車行業及相關領域復雜工程問題的工程實踐能力，具備在團隊中分工協作、交流溝通的能力，具有積極的創新能力和創新意識。為了達成這樣的培養目標，需要在每門課程的學習成果、教學內容、教學方法、教學評價等多方面進行研究。

（二）教學內容

OBE理念關注的第三個重點問題是“我們如何有效幫助學生取得這些學習成果”，在確定了專業教學的成果之后，圍繞上述學習成果，結合FSC對汽車專業教學內容進行更新。

1.賽車的設計制造過程包括總體設計、三維建模、仿真分析、二維圖紙、零部件選配、加工裝配、出車調試等，中間涉及大量的專業知識和工程技能。在專業課程內容的設計中結合FSC，提供專業知識和工程技能的訓練，如在汽車構造、汽車理論等理論課程中適當結合方程式賽車相關知識，在汽車試驗學等實踐課程中加入方程式賽車的實驗測試，開設新的公選課“大學生方程式賽車設計”等。

2.結合FSC，開展科研訓練和畢業設計。學生在方程式賽車設計制造過程中會不斷發現新的工程問題，每年從FSC實踐中提煉科研訓練和畢業設計的題目，學生結合賽車設計制造，開展科研訓練或畢業設計。

（三）教學方法

針對OBE理念關注的第三個重點問題“我們如何有效幫助學生取得這些學習成果”，在確定了學習成果和教學內容之后，結合FSC對汽車專業教學方法進行探索。

1.分享式教學。實際參與FSC的學生總是有限的，需要采用一定的方式讓其他學生也能從FSC中獲得收益。讓參與FSC的學生與其他學生分享賽車設計制造過程中遇到的問題、分析解決問題的過程和最后的解決辦法，將工程實踐經驗分享給所有學生。

2.案例式教學。以賽車設計制造為導向，從中提取零部件或總成的設計、仿真或測試案例。教學過程中將學生分組，讓每組學生按照自身興趣選題，靠學生自己完成調研、設計（仿真或測試）工作，定期開展組內探討，教師給予一定指導，鼓勵學生探索和學習車輛相關的新理論和新技術，采用這些理論和技術創新性地解決問題。

（四）持續改進

分析學生成績、學生對課程的評價、畢業生對專業的建議以及就業企業的反饋，結合FSC持續對教學內容和教學方式進行改進。比如，FSC的賽制豐富，除了傳統油車賽以外，還有電車賽和無人駕駛車賽，這也很好地反映了“新四化”的需求。針對這些需求，增加新能源車輛和無人駕駛車輛相關的課程，還根據每年參加FSC的經驗，對汽車構造、汽車理論等理論課程和“大學生方程式賽車設計”這類公選課的教學內容進行適當更新。

（五）實踐創新

成立“方程式賽車研發工作室”，工作室依托學科專業優勢，充分挖掘教學資源，面向全校學生開放，支持學生開展科研訓練、學科競賽、自主創新創業實踐及創新創業社團活動。學校為工作室配備了實驗室、加工車間和試車場地，每年有固定經費支持，配備指導教師，但實行自我組織管理，車隊設隊長和經理，分設動力組、車身組、底盤組等不同部門，每組設組長負責組內事務的統籌安排，車隊學生自主決策、自我管理、自主實踐和自主創新。依托賽車設計制造，教師和學生能夠充分溝通交流，形成第二課堂，培養學生的實踐能力、創新能力、解決問題能力、主動學習能力、組織協調能力以及合作能力，實現理論學習、工程實踐和科研訓練的有機結合和全面提高。

四、實踐效果

我校汽車專業結合FSC探索了基于OBE理念的教學方式，取得了較好的教學成果。截至2020年，學校車隊共開發油車10輛、電車1輛，共參加10屆FSC，并在2019年奪得全國第4名的好成績；完成科研訓練15項，其中國家級科研訓練4項；支撐學生畢業設計20人次，其中2篇獲得優秀畢業論文稱號；申報發明專利5項；培養500名具有深厚理論基礎和豐富實踐經驗的本科畢業生。

根據汽車行業發展對高校人才培養的要求，結合FSC以OBE教育理念為指導，對汽車專業的教學方式進行了有益探索，取得了良好的教學效果，為學生從事車輛設計、制造、試驗、檢測、運行管理等方面工作奠定了堅實的基礎。